DE10138821B4 - Verfahren zum Ermitteln einer Heizluft-Ausblastemperatur eines Luftheizgerätes - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln einer Heizluft-Ausblastemperatur eines Luftheizgerätes Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Heizluft-Ausblastemperatur eines Luftheizgerätes (10), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Zusatzheizung, bei dem eine Temperatur mittels eines im Bereich eines Wärmeübertragers angeordneten Temperatursensors (18) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizluft-Ausblastemperatur unter Verwendung der von dem Temperatursensor (18) gemessenen Temperatur über ein gerätespezifisches Temperaturmodell ermittelt wird, dass die Heizluft-Ausblastemperatur TAus aus der von dem Temperatursensor (18) gemessenen Temperatur TSensor unter Verwendung der Beziehung TAus = kn TSensor n + kn-1 TSensor n-1 +... + k1 TSensor + k2 berechnet wird,
wobei kn gerätespezifische und von der Anordnung des Temperatursensors (18) am Luftheizgerät (10) abhängige Parameter sind, dass der Parameter k1 unter Verwendung der Beziehung k1 = c1 TEin + c2 berechnet wird und
dass der Parameter k2 unter Verwendung der Beziehung k2 = c3 TEin 2 + c4 TEin + c5 berechnet wird,
wobei TEin die Heizluft-Ansaugtemperatur ist und c1, c2, c3, c4 und c5 gerätespezifische und von der Anordnung des Temperatursensors...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Heizluft-Ausblastemperatur eines Luftheizgerätes, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Zusatzheizung, bei dem eine Temperatur mittels eines im Bereich eines Wärmeübertragers angeordneten Temperatursensors gemessen wird.
  • Luftheizgeräte kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wo sie zum Beispiel als Standheizung und/oder als Luftzusatzheizung betrieben werden können. Ein solches Luftheizgerät wird im Allgemeinen mit Brennstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, betrieben, so dass Heizluft, die das Luftheizgerät durchströmt, durch die bei der Verbrennung frei werdende Energie in einem Wärmetauscher erwärmt werden kann.
  • Um ein Luftheizgerät in geeigneter Weise zu betreiben, ist es sinnvoll, die Temperatur der Heizluft zu ermitteln und auf dieser Grundlage das Heizgerät zu steuern beziehungsweise zu regeln. Zu diesem Zweck lässt sich die Temperatur des Heizluftstroms im Luftheizgerät messen, an ein Steuergerät des Luftheizgeräts übermitteln und dort zur Regelung des Luftheizgerätes verwenden.
  • Zum Ermitteln der Heizluft-Ausblastemperatur kann beispielsweise ein Temperatursensor verwendet werden, der diese direkt misst.
  • Neben der Regelung im normalen Betriebszustand des Luftheizgerätes ist es ebenfalls erwünscht, einen Überhitzungsschutz für das Luftheizgerät zur Verfügung zu stellen. Da auch ein solcher Überhitzungsschutz auf der Grundlage der Ermittlung der Heizluft-Ausblastemperatur realisiert werden kann, wäre es rationell, den Temperatursensor, der die Heizlufttemperatur zum Zwecke der Regelung misst, ebenfalls zum Bereitstellen einer Temperatur im Hinblick auf einen Überhitzungsschutz zu nutzen. Nachteilig daran ist allerdings, dass ein Temperatursensor im Heizluftstrom mitunter erst zu spät auf eine Überhitzung reagiert, so dass es problematisch ist, die Funktionen der Regelung und des Überhitzungsschutzes durch einen einzigen Temperatursensor im Heizluftstrom gleichzeitig zu realisieren.
    •
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, so dass sowohl eine zuverlässige Regelung des Luftheizgerätes auf der Grundlage der Heizluft-Ausblastemperatur als auch ein Überhitzungsschutz zur Verfügung gestellt werden können. Ebenfalls wäre es erwünscht, durch den Temperatursensor weitere Sicherheitsfunktionen zu realisieren.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass die Heizluft-Ausblastemperatur unter Verwendung der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur über ein gerätespezifisches Temperaturmodell ermittelt wird, dass die Heizluft-Ausblastemperatur TAus aus der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur TSensor unter Verwendung der Beziehung TAus = kn TSensor n + kn-1 TSensor n-1 + ... + k1 TSensor + k2 berechnet wird, wobei kn gerätespezifische und von der Anordnung des Temperatursensors am Luftheizgerät abhängige Parameter sind, dass der Parameter k1 unter Verwendung der Beziehung k1 = c1 TEin + c2 berechnet wird und dass der Parameter k2 unter Verwendung der Beziehung k2 = c3 TEin 2 + c4 TEin + c5 berechnet wird, wobei TEin die Heizluft-Ansaugtemperatur ist und c1, c2, c3, c4 und c5 gerätespezifische und von der Anordnung des Temperatursensors am Luftheizgerät abhängige Parameter sind. Auf diese Weise kann ein möglicher Überhitzungsfall früher erkannt werden, so dass die Heizluft keine kritischen Temperaturen überschreitet. Durch die Berechnung der Ausblastemperatur über die Temperatur des Temperatursensors wird kein zusätzlicher externer Temperatursensor im Heizluftstrom benötigt. Die Beziehung beschreibt einen Zusammenhang zwischen der von dem Temperatursensor gemessen Temperatur TSensor und der Heizluft-Ausblastemperatur TAus. Die Konstanten kn werden nützlicherweise für jedes Heizgerät und die jeweilige Heizgeräteumgebung neu definiert und im Steuergerät des Luftheizgerätes entsprechend abgelegt. Die Heizluft-Ansaugtemperatur wird berücksichtigt, so dass Fehler aufgrund variierender Heizluft-Ansaugtempe ratur vermieden werden. Die Konstanten c1, c2, c3, c4 und c5 sollten wiederum für jedes spezielle Luftheizgerät und für die spezielle Umgebung, in der das Luftheizgerät eingebaut ist, angepasst werden und im Steuergerät abgelegt werden.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass die ermittelte Heizluft-Ausblastemperatur zur Regelung des Luftheizgerätes verwendet wird und dass die von dem Temperatursensor gemessenen Temperaturwerte verwendet werden, um eine Überhitzung des Luftheizgerätes zu vermeiden. Wie erwähnt, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch aus, dass ein Überhitzungsfall des Luftheizgerätes frühzeitig erkannt wird. Besonders rationell ist es aber, dass die ermittelte Heizluft-Ausblastemperatur ebenfalls zur Regelung des Heizluftgerätes im normalen Zustand verwendet wird.
  • Im Zusammenhang mit der Vermeidung einer Überhitzung ist das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Start des Luftheizgerätes ein Temperaturgradient des Temperatursensors ermittelt wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen wird. Auf diese Weise wird eine sogenannte "Applikationsüberprüfung" durchgeführt, so dass gleich nach dem Start des Luftheizgerätes eine Maßnahme im Hinblick auf einen unerwünschten Betriebszustand ergriffen werden kann, beispielsweise das Abschalten des Gerätes oder das Umschalten in Teillast.
  • Weiterhin kann es im Rahmen des Überhitzungsschutzes nützlich sein, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes der Temperaturgradient des Temperatursensors kontinuierlich überwacht wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen wird. Eine derartige Situation kann vorliegen, wenn eine starke Verdämmung des Heizgerätes vorliegt. Als Gegen maßnahme kann wiederum das Luftheizgerät vollständig abgeschaltet werden beziehungsweise in Teillast gehen.
  • Ebenfalls kann in vorteilhafter Weise im Hinblick auf den Überhitzungsschutz vorgesehen sein, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes die Temperatur des Temperatursensors kontinuierlich überwacht wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Temperatur und bei einer Heizleistung unterhalb eines Schwellenwertes eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen wird. Hierdurch wird eine unzulässige Situation unabhängig von dem Temperaturgradienten erkannt, die beispielsweise auf eine langsame oder eine geringe Verdämmung zurückzuführen ist.
  • Ebenfalls kann der Überhitzungsschutz so weitergebildet sein, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes die Temperatur des Temperatursensors kontinuierlich überwacht wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Temperatur unabhängig von sonstigen Parametern eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen wird. Auf diese Weise wird einem Betriebszustand Rechnung getragen, bei dem unabhängig von sonstigen Parametern eine Maximaltemperatur am Temperatursensor überschritten wird, so dass ein Abschalten beziehungsweise ein Umschalten des Heizgerätes in Teillast einem sicheren Betrieb dienlich ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Start des Luftheizgerätes ein Temperaturgradient des Temperatursensors ermittelt wird und dass beim Unterschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen wird. Auf diese Weise kann eine Überprüfung erfolgen, ob sich der als Überhitzungssensor wirkende Temperatursensor an der richtigen Position des Luftheizgerätes befindet. Wird ein bestimmter Temperaturgradient nicht erreicht, so ist die Funktion als Überhitzungsschutz nicht gewährleistet, so dass das Gerät nicht in Betrieb genommen werden sollte.
  • Die Erfindung wird in einem Luftheizgerät dadurch umgesetzt, dass zur Verwendung durch das Steuergerät ein gerätespezifisches Temperaturmodell vorgesehen ist, mittels welchem die Heizluft-Ausblastemperatur unter Verwendung der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur ermittelbar ist, dass das Temperaturmodell die Beziehung TAus = kn TSensor n + kn-1 TSensor n-1 + ... + k1 TSensor + k2 umfasst, wobei TAus die Heizluft-Ausblastemperatur, TSensor die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur und kn gerätespezifische, im Steuergerät abgelegte und von der Anordnung des Temperatursensors am Luftheizgerät abhängige Parameter sind, dass das Temperaturmodell für den Parameter k1 die Beziehung k1 = c1 TEin + c2 umfasst und dass das Temperaturmodell für den Parameter k2 die Beziehung k2 = c3 TEin 2 + c4 TEin + c5 umfasst, wobei TEin die Heizluft-Ansaugtemperatur ist und c1, c2, c3, c4 und c5 gerätespezifische, im Steuergerät abgelegte und von der Anordnung des Temperatursensors am Luftheizgerät abhängige Parameter sind. Auf diese Weise werden die erwähnten Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auch im Rahmen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend zitierten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Luftheizgerätes.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass die ermittelte Heizluft-Ausblastemperatur zur Regelung des Luftheizgerätes verwendbar ist und dass die von dem Temperatur sensor gemessenen Temperaturwerte verwendbar sind, um eine Überhitzung des Luftheizgerätes zu vermeiden.
  • Im Zusammenhang mit der Vermeidung einer Überhitzung ist das Luftheizgerät in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Start des Luftheizgerätes ein Temperaturgradient des Temperatursensors ermittelbar ist und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen werden kann.
  • Weiterhin kann es im Rahmen des Überhitzungsschutzes nützlich sein, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes der Temperaturgradient des Temperatursensors kontinuierlich überwachbar ist und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen werden kann.
  • Ebenfalls kann in vorteilhafter Weise im Hinblick auf den Überhitzungsschutz vorgesehen sein, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes die Temperatur des Temperatursensors kontinuierlich überwachbar ist und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Temperatur und bei einer Heizleistung unterhalb eines Schwellenwertes eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen werden kann.
  • Ebenfalls kann das Luftheizgerät so geartet sein, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes die Temperatur des Temperatursensors kontinuierlich überwachbar ist und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Temperatur unabhängig von sonstigen Parametern eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen werden kann.
  • Das Luftheizgerät ist weiterhin in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Start des Luftheizgerätes ein Temperaturgradient des Temperatursensors ermittelbar ist und dass beim Unterschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes vorgenommen werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen einzigen Temperatursensor die Regelfunktionen und die Sicherheitsfunktionen eines Luftheizgerätes zur Verfügung gestellt werden können. Es kann sowohl die Heizluft-Ausblastemperatur auf der Grundlage eines Temperaturmodells zuverlässig bestimmt werden. Ebenfalls lässt sich die richtige Position des Überhitzungssensors überprüfen. Ein Überhitzungsfall wird frühzeitig festgestellt, so dass ebenfalls frühzeitig die entsprechenden Gegenmaßnahmen, beispielsweise das Umschalten des Heizgerätes in Teillast oder das Abschalten des Heizgerätes, ergriffen werden können.
    •
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 eine Schnittansicht von einem Teil eines Wärmeübertragers eines Luftheizgerätes; und
  • 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht von einem Teil eines Wärmeübertragers eines Luftheizgerätes 10. Der dargestellte Wärmeübertrager hat einen beispielsweise zylinderförmigen Mantel 12, der an einem Ende von einem Boden 14 verschlossen ist. An dem Mantel 12 des Wärmeübertragers sind mehrere Kühlrippen 16 angeordnet, die den Wärmeaustausch mit vorbeiströmender Heizluft verbessern. Am Ende der Kühlrippen 16 und zwischen den Kühlrippen 16, von denen in der vorliegenden Schnittansicht nur eine obere und eine untere Kühlrippe dargestellt sind, ist ein Temperatursensor 18 angeordnet. An diesem ist eine elektrische Leitung 20 angeschlossen, die den Temperatursensor 18 beispielsweise direkt mit einem Steuergerät des Luftheizgerätes verbindet.
  • Der dargestellte Temperatursensor 18 kann auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung sowohl zur Berechnung der Heizluft-Ausblastemperatur, zur Überprüfung der richtigen Position des Sensors und zum Ermitteln eines Überhitzungsfalls verwendet werden. Somit sind weitere Temperatursensoren im Hinblick auf die genannten Aufgaben entbehrlich, insbesondere Temperatursensoren im Bereich der ausgeblasenen Heizluft.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt S01 wird das Luftheizgerät gestartet. Nach dem Start wird in Schritt S02 über das Steuergerät die richtige Position des Temperatursensors überprüft. Zu diesem Zweck wird der Temperaturgradient 7 dahingehend überprüft, ob er unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes S, liegt. Ist dies der Fall, so schaltet das Luftheizgerät in Schritt S07 ab. Liegt der Temperaturgradient nicht unterhalb des Schwellenwertes, so wird in Schritt S03 eine "Applikationsüberprüfung" vorgenommen. Zu diesem Zweck wird geprüft, ob der Temperaturgradient Ṫ größer ist als ein zweiter Schwellenwert S2. Wenn ja, so schaltet sich das Luftheizgerät wiederum in Schritt S07 ab. Im anderen Fall wird in Schritt S04 geprüft, ob der Temperaturgradient Ṫ einen weiteren definierten Schwellenwert S3 überschreitet, wobei diese Überprüfung zur normalen Überprüfung während des kontinuierlichen Betriebs des Luftheizgerätes gehört. Falls der Temperaturgradient größer ist als der dritte Schwellenwert S3, so lässt sich hieraus auf einen zu großen Temperaturanstieg in Folge einer starken Verdämmung des Heizgerätes schließen, und das Gerät schaltet in Schritt S07 ab. Wenn der Temperaturgradient jedoch in einem zulässigen Wertebereich liegt, das heißt er ist nicht größer als der dritte Schwellenwert S3, so wird in Schritt S05 überprüft, ob die Sensortemperatur T größer ist als ein vierter Schwellenwert S4, wobei gleichzeitig die Bedingung zu stellen ist, dass die Heizleistungsstufe P kleiner ist als eine defi nierte Schwelle S5. Sind beide Bedingungen erfüllt, so wird auf eine langsame oder geringe Verdämmung geschlossen, und das Heizgerät wird in Schritt S07 abgeschaltet. Ist jedoch eine der Bedingungen nicht erfüllt, so wird in Schritt S06 überprüft, ob die Temperatur größer ist als ein sechster Schwellenwert S6. Ist dies der Fall, so wird auch nach dieser letzten Überprüfung das Heizgerät aus Sicherheitsgründen in Schritt S07 ausgeschaltet. Liegt jedoch die Temperatur nicht oberhalb des sechsten Schwellenwertes S6, so geht das Verfahren wiederum zu Schritt S04 über, um auf diese Weise in den Verfahrensschritten S04, S05 und S06 eine kontinuierliche Überwachung des Luftheizgerätes zur Verfügung zu stellen.
  • Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
    • 10
    Luftheizgerät
    12
    zylinderförmiger Mantel
    14
    Boden
    16
    Kühlrippen
    18
    Temperatursensor
    20
    elektrische Leitung

Claims (7)

  1. Verfahren zum Ermitteln einer Heizluft-Ausblastemperatur eines Luftheizgerätes (10), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Zusatzheizung, bei dem eine Temperatur mittels eines im Bereich eines Wärmeübertragers angeordneten Temperatursensors (18) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizluft-Ausblastemperatur unter Verwendung der von dem Temperatursensor (18) gemessenen Temperatur über ein gerätespezifisches Temperaturmodell ermittelt wird, dass die Heizluft-Ausblastemperatur TAus aus der von dem Temperatursensor (18) gemessenen Temperatur TSensor unter Verwendung der Beziehung TAus = kn TSensor n + kn-1 TSensor n-1 +... + k1 TSensor + k2 berechnet wird, wobei kn gerätespezifische und von der Anordnung des Temperatursensors (18) am Luftheizgerät (10) abhängige Parameter sind, dass der Parameter k1 unter Verwendung der Beziehung k1 = c1 TEin + c2 berechnet wird und dass der Parameter k2 unter Verwendung der Beziehung k2 = c3 TEin 2 + c4 TEin + c5 berechnet wird, wobei TEin die Heizluft-Ansaugtemperatur ist und c1, c2, c3, c4 und c5 gerätespezifische und von der Anordnung des Temperatursensors (18) am Luftheizgerät (10) abhängige Parameter sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Heizluft-Ausblastemperatur zur Regelung des Luftheizgerätes (10) verwendet wird und dass die von dem Temperatursensor (18) gemessenen Temperaturwerte verwendet werden, um eine Überhitzung des Luftheizgerätes (10) zu vermeiden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Start des Luftheizgerätes (10) ein Temperaturgradient des Temperatursensors (18) ermittelt wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes (10) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes (10) der Temperaturgradient des Temperatursensors (18) kontinuierlich überwacht wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes (10) vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes (10) die Temperatur des Temperatursensors (18) kontinuierlich überwacht wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Temperatur und bei einer Heizleistung unterhalb eines Schwellenwertes eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes (10) vorgenommen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Luftheizgerätes (10) die Temperatur des Temperatursensors (18) kontinuierlich überwacht wird und dass beim Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Temperatur unabhängig von sonstigen Parametern eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes (10) vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Start des Luftheizgerätes (10) ein Temperaturgradient des Temperatursensors (18) ermittelt wird und dass beim Unterschreiten eines Schwellenwertes durch den Temperaturgradienten eine Änderung des Betriebszustandes des Luftheizgerätes (10) vorgenommen wird.
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